DE716142C - Wechselstromgleichrichter - Google Patents

Wechselstromgleichrichter

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DE716142C
DE716142C DEM140340D DEM0140340D DE716142C DE 716142 C DE716142 C DE 716142C DE M140340 D DEM140340 D DE M140340D DE M0140340 D DEM0140340 D DE M0140340D DE 716142 C DE716142 C DE 716142C
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DE
Germany
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brush
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rectifier
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Expired
Application number
DEM140340D
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English (en)
Inventor
Sepp Mayr
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SEPP MAYR
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SEPP MAYR
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00Details of apparatus for conversion
    • H02M1/20Contact mechanisms of dynamic converters

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Current-Collector Devices For Electrically Propelled Vehicles (AREA)

Description

  • Wechselstromgleichrichter Gegenstand der Erfindung ist ein Wechselstromgleichrichter von der Gattung, bei welcher mit einem aus zwei voneinander isolierten Kontakten bestehenden Gleitkontaktsystem ein Stromabnahmesystem zusammenwirkt und eines der beiden Systeme durch ein Magnetfeld in Schwingungen versetzt wird.
  • Bekannte Einrichtungen dieser Art bilden nur das eine der beiden Systeme mit Gleitflächen aus, _ während das andere System rollenförmige' Kontaktorgane aufweist. Die Folge davon ist, daß die Berührung zwischen den beiden Systemen nur längs einer Punktreihe erfolgen kann, wodurch einerseits die Gefahr von Funkenbildungen beim Übergang von einem Kontaktstück zu dem von diesem isolierten zweiten Kontaktstück gegeben ist und anderseits für die Leistung eine sehr niedrige Grenze besteht. Abgesehen davon ist der Verschleiß rollenförmiger Kontaktorgane insbesondere bei Verwendung von Kohle außerordentlich groß, so daß bekannte Gleichrichter dieser Gattung wegen der geringen möglichen Leistung einerseits in der Anwendung außerordentlich beschränkt und anderseits im Betrieb unwirtschaftlich sind.
  • Die Erfindung ermöglicht es nun, mittels schwingender Gleichrichter auch bei kleineren Spannungen hohe Ströme zu erzielen, was aber nur dadurch erreicht werden kann, daß der Spannungsabfall durch den Kommutierungsvorgang und der Kommutierungsstrom nahezu Null werden. Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß die Breite der Bürste des Stromabnahmesystems praktisch gleich, keinesfalls aber kleiner gewählt wird als die Breite der Isolierschicht zwischen den Gleitkontakten. Es erfolgt daher der Kontakt stets durch Berührung von Flächen, wodurch die Übertragung beliebig großer Ströme ermöglicht wird. Ferner wird jeder von Null verschiedene Wert der Wechselstromhalbwellen gleichgerichtet dem Verwendungsort zugeführt; ein vollständig funkenfreies Arbeiten ist dadurch gewährleistet, daß der Übertritt des Stromabnahmekörpers von einem Kontakt zum anderen im Augenblick des Stromwertes Null erfolgt und die wirksame Kontalztfl#-iclie mit der Zunahme des jeweiligen Stromwertes wächst bzw. mit diesem abnimmt. Bei größtem Stromwert wird daher auch die Kontaktfläche am größten sein. Mit dem Stromwert sinkt auch die Kontaktfläche wieder auf Null.
  • Vorteilhaft ist es hierbei, wenn die Breite der Gleitkontakte etwa der Breite der Bürste entspricht und die Breite der Stromabnahmebürste um ein Differential größer ist als die Breite der die Kontaktstücke voneinander isolierenden Schicht. Es hat sich ferner als besonders zweckmäßig erwiesen, bei Verwendung von die mechanischen Schwingeigenschaften des Kontaktsystems beeinflussenden Federn die Spannung dieser Federn außer durch Verstellung ihrer Angriffspunkte am Widerlager auch durch Verkürzung oder Verlängerung des Abstandes zwischen den Federangriffspunkten am Schwingsystem und dem Drehungsmittelpunkt dieses Systems zu regeln, wodurch der mechanische Schwingungszustand des Ankers in weitaus genauerer Form geregelt werden kann als bloß durch die bisher übliche Veränderung der Federspannung auf gleichbleibender Wirkungslinie.
  • Die Erfindung ermöglicht demnach den Bau eines Pendelgleichrichters für hohe Stromstärken und kleine Spannungen, während man bisher für dieses Gebiet ausschließlich auf die Verwendung von rotierenden Gleichrichtern, die wesentlich teurer und verwickelter sind, angewiesen war.
  • In der Zeichnung sind mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt, und zwar zeigt Abb.5 eine grundsätzliche Darstellung des Erfindungsgedankens. Abb. 2 -neigt die eine Ausführung schematisch; das Schaltbild hierzu ist in Abb. i veranschaulicht. Abb. 4. ist eine schematische Darstellung der zweiten Anordnung, Abb. 3 das zugehörige Schaltbild.
  • Zunächst soll der Erfindungsgedanke an Hand der grundsätzlichen schematischen Darstellung gemäß Abb. 5 behandelt -werden.
  • Zwischen den Polen eines Magneten i befindet sich im Luftspalt eine Drahtspule. In der Darstellung ist der Einfachheit halber eine Leiterschleife 2 angenommen, welche an eine Wechselstromquelle, beispielsweise über einen Transformator T, angeschlossen ist. An die Leiterschleife ist mittels eines Verbindungsstabes 3 das eine der beiden kontaktgebenden Systeme angeschlossen. Beim Ausführungsbeispiel ist dieser Anschluß für den Stromabnehmer 4. durchgeführt, welcher vorteilhaft als Kohlebürste ausgebildet ist. Das Gleitkontaktsvstem besteht aus den beiden Gleitkontakten 6 und der zwischen diesen befindlichen Isolierschicht 5, welche körperlich derart ausgebildet ist, daß sie mit den Gleitkontakten 6 eine Fläche bildet, auf welcher die Bürste 4 schleift, sobald sie nach Einschaltung eines Wechselstromes in der Leiterschleife 2 infolge der Beeinflussung derselben durch das Feld des Magneten i in eine hin und her schwingende Bewegung versetzt wird. Mit den Kontakten 6 ist, beispielstveise über denselben vorhin erwähnten Transformator T, eine Wechselstromquelle in Verbindung.
  • `Wird das System in Bewegung gesetzt, so gießt nach bekannten Grundsätzen ztvischen der Kohlebürste 4 und der Mittelanzapfung der Transformatorwicklung ein Gleichstrom. Voraussetzung für das richtige Arbeiten der Einrichtung ist, daß die vom Wechselstrom durchflossene Spule o. dgl. 2 im Magnetfeld t synchron mit der Frequenz des jeweiligen Wechselstromes schwingt, was in einfachster Weise dadurch erreicht wird, daß die Spule, Leiterschleife :2 o. dg1. von einem Wechselstrom durchflossen wird, welcher mit dem ztt transformierenden gleichartig ist. Im übrigt-n kann jedes schwingungsfähige Gebilde für die Durchführung der Erfindung zur Übertragung von Strömen in unbegrenzter Höhe Verwendung finden, wenn nur die Antriebsenergie dieses schwingenden Gebildes groß genug ist, um unter dem erforderlichen Bürstendruck eine ausreichende Wirkung zu erzielen.
  • In der schematischen Darstellung ist die L'bertragung der -den beiden Gleitkontaktstücken 6 zukommenden Wechselstromlialbwellen schematisch angedeutet.
  • Die Breite der Bürste 4. ist erfindungsgemäß zu den bereits angegebenen Zwecken mindestens in der Breite der Isolierschicht 5 ausgebildet. Auch die Breite der Gleitkontakte 6 ist ungefähr gleich groß.
  • In der praktischen Ausführung wird eines der beiden Systeme 4. bzw. 5, 6 mit Vorteil am Ende eines Hebels befestigt, der im Drehpunkt einer im Magnetfeld schwingenden Spule schwenkbar gelagert ist, -während die Teile des anderen Systems entsprechend segmentförmig ausgebildet sind. In diesem Sinne können entweder die Gleitkontakte 6 mit dem Isolierstück 5 ortsfest und das Stromabnahmeorgan s beweglich ausgebildet sein, oder es kann die umgekehrte Anordnung Verwendung finden. Eine derartige Ausführung -weist mit dem Aufbau einer Dynamomaschine gewisse Ähnlichkeiten auf.
  • Im nachfolgenden werden nun zwei pralktische Ausbildungsmöglichkeiten der Erfindung und die zugehörigen Schaltschemen besprochen.
  • In den Abb. i und 2 bedeutet i einen permanenten Magneten N-S, in dessen Feld eine von Wechselstrom durchflossene Spule 2 um eine Achse 12 schwingbar gelagert ist. Die Spule ist mit einem Arm 3 in starrer Verbindung, welcher die Gleitkontaktstücke G und die dieselben voneinander isolierende Schicht 5 trägt. _ Bei den Ausführungsbeispielen besteht diese Schicht aus einem metallischen Mittelteil 7 und -zwischen diesem und den Gleitkontaktstücken 6 angeordneten Isolierteilen B. Hierbei ist die Stärke der metallischen Mittelschicht 7 so groß gewählt, daß sie einen Großteil der Stärke 14 der gesamten die Gleitkontakte 6 voneinander isolierenden Schicht 7, 8 aufweist. Dies zu dem Zweck, um eine vollkommen gleichmäßige Abnutzung der gesamten Oberfläche des Gleitkontaktsystems 6, 7, 8 infolge der darübergleitenden Bürste 4. zu gewährleisten. An Stelle des Metalls könnte für das Mittelstück 7 jedes beliebige andere Material Verwendung finden, welches sich gleichmäßig mit den Gleitkontaktstücken 6 im Betrieb abnutzt. Bei den Ausführungsbeispielen ist der metallische Mittelteil 7 als Steg eines T-förmigen Profilstückes ausgebildet, von dessen Flanschen 15 die Gleitkontaktstücke 6 ebenfalls isoliert sind. Die Gleitkontaktstücke sind auch an ihrer Außenseite mit Isolierauflagen 9 versehen zum Zwecke der unbedingten Vermeidung einer Kontaktmöglichkeit zwischen der Kohle q. mit dem Gleitkontaktsystem im Falle eines Risses oder Bruches einer der zur Sicherung der Mittellage des Systems vorgesehenen Federn, insbesondere Zugfedern 13. Die Gleitfläche des gesamten Gleitkontaktsystems ist als Zylinderfläche um den Mittelpunkt 12 des Armes 3 ausgebildet. -Um das Gleitkontaktsystem 6-9 genau in die Mittelhage einstellen zu können, sind die Federn 13 mit auf sie einwirkenden Justiermitteln, z. B. Justierschrauben 16, vorgesehen. Das in der beschriebenen Weise schwingbar angeordnete Kontaktsystem hat eine gewisse mechanischeEigenschwingungsfähigkeit,welche mit dem elektrischen Schwingungswert des jeweils verwendeten Wechselstromes in einem besonderen Verhältnis stehen soll, um einen dauernden, störungsfreien Betrieb des Gleichrichters zu gewährleisten. Eine Beeinflussung dieses Schwingungszustandes kann einerseits durch Änderung der Spannung der Federn 13, in viel wirkungsvollerer Weise jedoch durch Vergrößerung oder durch Verkleinerung des Abstandes des Federangriffspunktes vom Drehungsmittelpunkt 12 des Schwingsystems, bewirkt werden. Eine diesbezügliche Möglichkeit ist in Abb. q. dadurch kenntlich gemacht, daß eine zur Befestigung der Zugfedern o. dgl. dienende Verschraubung 17 o. dgl. längs eines mit dem Spulenkörper io starr verbundenen Armes i i verstellbar ist.
  • Das Schwingungssystem i, 2 kann, so wie in Abb. i und 2 dargestellt, in der bei Magnetinduktoren üblichen Weise ausgebildet sein. Die beiden Enden der Transformatorwicklung sind an die beiden Gleitkontäktlamellen 6 gelegt, so daß diesen die jeweiligen Wechselstr omhalbwellen zugeführt werden. In an sich bekannter Weise kann gegen die Mitte der Transformatorwicklung ein Gleichstrom abgenommen werden.
  • Abweichend davon ist in Abb. 3 und q. eine andere Möglichkeit dargestellt. Der Magnet i ist nicht mehr als permanenter Magnet ausgebildet, sondern durch einen Wechselstrommagnet mit der Spule i8 dargestellt. Zwischen den Polschuhen desselben schwingt als konstanter Magnet N-S der Anker. Dieser trägt eine Wicklung i9, welche im Hauptstromkreis des Gleichstromes liegt, so wie dies aus dem Schaltschema gemäß Abb.3 zu entnehmen ist. Die magnetischen Kräfte, welche die Ankerschwingung bewirken, ändern sich mit der Gleichstrombelastung. Die Ankerschwingung und damit der Ausschlag des Gleitkontaktsystems wächst also beispielsweise mit der Gleichstrombelastung und sinkt ebenso mit dieser. Dies hat den großen Vorteil zur Folge, daß auch die jeweils wirksamen Kontaktflächen zwischen den Gleitkontakten 6 und der Kohlebürste 4. sich entsprechend der Belastung ändern. Um durch das System von vornherein eine bestimmte Stromrichtung zu gewährleisten und das System auch ohne äußere Belastung schwingfähig zu machen, ist es vorteilhaft, dem Anker selbst ein konstantes, wenn auch nur schwaches Magnetfeld zu geben. Dies wird gemäß Abb. -. dadurch erreicht, daß der die im Gleichstromhauptkreis liegende Wicklung i 9 tragende Anker i o ganz aus Stahl oder teilweise aus magnetisierten Stahlplättchen und teilweise aus Weicheisenplättchen besteht. Der im Stahl des Ankers verbleibende permanente Magnetismus macht das System auch ohne Belastung schwingfähig und bestimmt durch die konstante Polarität die gleichbleibende Richtung des Gleichstromes an den Klemmen. Infolge der sich mit der Belastung ändernden Größe der wirksamen Kontaktflächen eignet sich die in Abb. ,4 dargestellte Ausffihrungsförm besonders für große- Gleichrichter mit niedrigerer Leerlaufleistung, insbesondere auch für Ladegleichrichter. Die Stromzuführungsorgane sind bei beiden Ausführungsformen mit 2o bezeichnet.
  • Die Einspannung der Kohlebürste ,4 erfolgt an einem mit ortsfestem Gelenk 2 i gelagerten Hebel 22. Die erforderliche Anpressung der Bürste an das Gleitkontaktsystem wird durch eine auf den Hebe122 einwirkende Feder 23 bewirkt. Das Stromabführungskabel ist mit 24. bezeichnet. Die beschriebene ortsfeste Einspannung, wofür eine Klemmvorrichtung 25 beliebiger Art Verwendung finden kann, hat zur Folge, daß ein Ecken der Kohle ,4 im Betrieb ausgeschlossen erscheint: Um auch bei Abnutzung der Kohle eine stets richtige Auflage auf dem Gleitkontaktsystem zu bewirken, weist der Längsschnitt der Bürstenkohle 4. dem Halbmesser des Hebels 22 angepaßte kreisringförmige Begrenzungen 26 auf.
  • Die Bürste 4. ist mindestens mit der Breite der Isolierschicht 5 bzw. 8-7-8 ausgeführt. Es hat sich aus Versuchen des Erfinders nun gezeigt, daß der Gleichrichter außerordentlich große Überlastungen ohne die geringste Funkenbildung verträgt, wenn die Breite der Stromabnehmerbürste q. um ein Differential größer gewählt wird als die Breite der die Kontaktstücke 6 voneinander trennenden Schicht 8-7-8. Dadurch ist die Gefahr einer Unterbrechungsmöglichkeit, welche eine Funkenbildung veranlassen könnte, überhaupt ausgeschlossen. Der hierdurch im Stromkreis hervorgerufene Kurzschluß ist praktisch bedeutungslos, weil er nur im Augenblick der 'Mittelstellung eintritt.
  • Es ist ein wesentliches Erfordernis für die praktische Brauchbarkeit des Systems, daß das Schwingungssystem um die Achse 12 mit dem zu transformierenden Wechselstrom synchron schwingt und die Berührung der Bürste mit den Kupferlamellen der Gleitkontaktstücke absolut konphas erfolgt. Aus diesem Grunde ist die Anwendung eines Schwingungssystems, wie beispielsweise eines der beschriebenen, für die praktische Auswertung der Erfindung von wesentlichster Bedeutung.

Claims (5)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Wechselstromgleichrichter mit einem aus zwei voneinander isolierten Kontakten bestehenden Gleitkontaktsystem, einem mit diesem zusammenwirkenden Stromabnahmesystem und einem eines der beiden Systeme in Schwingungen versetzenden Magnetfeld, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der Bürste (.4) des Stromabnahmesystems praktisch gleich, keinesfalls aber kleiner gewählt wird als die Breite der Isolierschicht (5) zwischen den Gleitkontakten.
  2. 2. Wechselstromgleichrichter nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, da(.') die Breite der Gleitkontakte (6) etwa der Breite der Bürste (¢) entspricht.
  3. Wechselstromgleichrichter nach Anspruch i oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der Stromabnahmebürste (4.) um ein Differential größer ist als die Breite der die Kontaktstücke (6) voneinander isolierenden Schicht (8-7-8).
  4. Wechselstromgleichrichter nach Anspruch i oder folgenden mit die mechanischen Schwingeigenschaften des Kontaktsystems beeinflussenden Federn, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung dieser Federn außer durch Verstellung ihrer Angriffspunkte am Widerlager auch durch Verkürzung oder Verlängerung des Abstandes zwischen den Federangriffspunkten am Schwingsystem und dem Drehungsmittelpunkt dieses Systems regelbar ist.
  5. 5. Wechselstromgleichrichter nach Anspruch 4., dadurch gekennzeichnet, daß der isolierende Mittelteil (7) des Gleitkontaktsystems als Steg eines T-förmigen metallischen Profilstückes ausgebildet ist, von dem die Gleitkontaktstücke (6) allseitig durch isolierende Zwischenlagen getrennt sind.
DEM140340D 1937-02-05 1938-01-13 Wechselstromgleichrichter Expired DE716142C (de)

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